[發(fā)明專利]一種防止機(jī)器人產(chǎn)生意外碰撞的裝置及設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310365565.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103386684A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳海彬;何素梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J19/06
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 薛金才;蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種防止機(jī)器人產(chǎn)生意外碰撞的裝置及設(shè)計(jì)方法，可應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人在正常作業(yè)或人機(jī)交互作業(yè)過(guò)程中的安全保護(hù)。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于工業(yè)機(jī)器人通常處于位置控制模式，一旦發(fā)生碰撞，由于巨大的剛度，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，不僅導(dǎo)致被撞對(duì)象受傷、受損，甚至可能發(fā)生嚴(yán)重的人身傷亡事故，機(jī)器人自身也可能由于碰撞而損壞。為了防止工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰撞到人，一般都要求用圍欄把工業(yè)機(jī)器人圍起來(lái)，防止人在不知情的情況闖入。但是有些工作，如搬運(yùn)、裝配等，往往需要機(jī)器人與人協(xié)同配合才能完成特定動(dòng)作和功能，而不能把人與機(jī)器人進(jìn)行隔離。為此，需要切實(shí)采取措施保障機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的安全性。如圖1所示為典型的工業(yè)機(jī)器人配置，包括機(jī)器人本體和控制器，其中在控制器上設(shè)有急停按鈕，急停按鈕通過(guò)兩個(gè)端子與控制器內(nèi)部電路連接。機(jī)器人在正常運(yùn)行過(guò)程中，按下急停按鈕，即兩個(gè)端子閉合連接，則機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)在緊急情況下避免發(fā)生嚴(yán)重的碰撞事故。目前已采取的措施還有，對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)置最大扭矩值，使機(jī)器人的實(shí)際關(guān)節(jié)扭矩始終在設(shè)置的最大扭矩之內(nèi)；在機(jī)器人工作空間安裝傳感器，一旦人進(jìn)入到機(jī)器人的工作空間，機(jī)器人即報(bào)警并減速或者停止，以確保人的安全；采用力矩控制算法，使碰撞的力始終控制在一定限值之內(nèi)，等等。上述這些方法目前還遠(yuǎn)不能解決工業(yè)機(jī)器人的安全性問(wèn)題。

考慮到以上因素，本發(fā)明直接在工業(yè)機(jī)器人的連桿上包覆一層粘彈性緩沖材料，通過(guò)緩沖材料，不僅可以大幅降低碰撞力，而且還可以延緩碰撞力的上升時(shí)間、擴(kuò)大碰撞接觸面積（減小碰撞接觸應(yīng)力），如果在緩沖層達(dá)到壓縮極限之前，機(jī)器人能夠迅速停止運(yùn)動(dòng)，則可以有效確保人和機(jī)器人的安全。這使得本發(fā)明可以應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人諸多需要進(jìn)行安全保護(hù)的應(yīng)用場(chǎng)合中。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種可以降低機(jī)器人意外碰撞嚴(yán)重性的裝置。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種防止機(jī)器人產(chǎn)生意外碰撞的裝置，其特征在于：包括一機(jī)器人本體、一控制器和一安全保護(hù)器，所述控制器連接所述機(jī)器人本體，所述控制器上設(shè)有一急停按鈕，所述機(jī)器人本體上貼附一粘彈性緩沖層，在所述粘彈性緩沖層上貼附一個(gè)或多個(gè)觸覺(jué)傳感器，所述觸覺(jué)傳感器連接所述安全保護(hù)器的輸入接口，所述急停按鈕連接所述安全保護(hù)器的輸出接口。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述安全保護(hù)器包括一個(gè)或多個(gè)輸入接口、一信號(hào)處理電路、一處理器、一繼電器和一輸出接口，所述輸入接口把所述觸覺(jué)傳感器的信號(hào)引入到所述安全保護(hù)器內(nèi)，經(jīng)過(guò)所述信號(hào)處理電路進(jìn)行濾波、放大、整形和AD轉(zhuǎn)換處理后，傳送到所述處理器，所述處理器控制所述繼電器是否通電從而控制所述急停按鈕的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述觸覺(jué)傳感器貼附在所述粘彈性緩沖層的內(nèi)表面或外表面。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述觸覺(jué)傳感器是PVDF壓電傳感器或人工皮膚傳感器。

本發(fā)明的另一目的是提供一種防止機(jī)器人產(chǎn)生意外碰撞裝置的設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種防止機(jī)器人產(chǎn)生意外碰撞的裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01：粘彈性緩沖層的材料選型，確定粘彈性緩沖層材料的彈性系數(shù)和粘性系數(shù)；

S02：初定粘彈性緩沖層的厚度，并取允許的厚度最大值；

S03：觸覺(jué)傳感器的選型，并把觸覺(jué)傳感器貼附于粘彈性緩沖層的內(nèi)表面或外表面；

S04：把粘彈性緩沖層和觸覺(jué)傳感器貼附于機(jī)器人本體的連桿臂上；

S05：測(cè)試確定觸覺(jué)傳感器可靠動(dòng)作的粘彈性緩沖層形變閾值；

S06：實(shí)測(cè)機(jī)器人從碰撞到急停所需的粘彈性緩沖層緩沖行程；

S07：根據(jù)所述的緩沖行程，重新確定粘彈性緩沖層厚度。

本發(fā)明通過(guò)在機(jī)器人連桿上包裹一緩沖層，用于緩沖和降低碰撞時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，并在緩沖層的有效壓縮行程內(nèi)，通過(guò)觸覺(jué)傳感器反饋，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的急停，從而保護(hù)被撞對(duì)象。當(dāng)觸覺(jué)傳感器由于碰撞而受壓或發(fā)生形變而達(dá)到一定閾值時(shí)，安全保護(hù)器輸出觸發(fā)機(jī)器人急停功能，控制其繼電器動(dòng)作，使繼電器觸點(diǎn)閉合，該觸點(diǎn)同時(shí)與機(jī)器人控制器的急停按鈕連接，從而使機(jī)器人避免發(fā)生嚴(yán)重碰撞，達(dá)到保護(hù)被撞對(duì)象的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在無(wú)需對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人進(jìn)行大幅改動(dòng)的前提下，即可防止機(jī)器人產(chǎn)生研制碰撞，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，可靠性高。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過(guò)具體實(shí)施例和相關(guān)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。